Question

【題目】探究CH3OH合成反應化學平衡的影響因素，有利于提高CH3OH的產率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下：

Ⅰ.

Ⅱ.

Ⅲ.

回答下列問題：

(1)_________。

(2)一定條件下，向體積為VL的恒容密閉容器中通入1 mol CO2和3 mol H2發生上述反應，達到平衡時，容器中CH3OH(g)為ɑ mol，CO為b mol，此時H2O(g)的濃度為__________mol﹒L-1(用含a、b、V的代數式表示，下同)，反應Ⅲ的平衡常數為___________。

(3)不同壓強下，按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，實驗測定CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率隨溫度的變化關系如下圖所示。

已知：CO2的平衡轉化率=

CH3OH的平衡產率=

其中縱坐標表示CO2平衡轉化率的是圖___________(填“甲”或“乙”)；壓強p1、p2、p3由大到小的順序為___________；圖乙中T1溫度時，三條曲線幾乎交于一點的原因是___________。

(4)為同時提高CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率，應選擇的反應條件為_________(填標號)。

A.低溫、高壓 B.高溫、低壓 C.低溫、低壓 D.高溫、高壓

Answer 1

【答案】+40.9 乙 p1、p2、p3 T1時以反應Ⅲ為主，反應Ⅲ前后氣體分子數相等，壓強改變對平衡沒有影響 A

【解析】

根據蓋斯定律計算反應熱；利用三個反應，進行濃度和化學平衡常數的計算；結合圖形根據勒夏特列原理考慮平衡移動的方向，確定溫度和壓強變化時，CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率之間的關系得到相應的答案。

(1).根據反應I+II=III，則△H3=△H1+△H2=-49.5kJmol-1+(-90.4 kJmol-1)=+40.9 kJmol-1；

(2).假設反應II中，CO反應了xmol，則II生成的CH3OH為xmol，I生成的CH3OH為(a-x)mol，III生成CO為(b+x)mol，根據反應I：，反應II： ，反應III：，所以平衡時水的物質的量為(a-x)mol+(b+x)mol =(a+b)mol，濃度為:；平衡時CO2的物質的量為1mol-(a-x)mol-(b+x)mol=(1-a-b)mol，H2的物質的量為3mol-3(a-x)mol-2x-(b+x)mol=(3-3a-b)mol，CO的物質的量為bmol，水的物質的量為(a+b)mol，則反應III的平衡常數為：；

(3).反應I和II為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，則CH3OH的平衡產率減少，所以圖甲表示CH3OH的平衡產率，圖乙中，開始升高溫度，由于反應I和II為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，CO2的平衡轉化率降低，反應III為吸熱反應，升高溫度反應III向正反應方向移動，升高一定溫度后以反應III為主，CO2的平衡轉化率又升高，所以圖乙表示CO2的平衡轉化率；壓強增大，反應I和II是氣體體積減小的反應，反應I和II平衡正向移動，反應III氣體體積不變化，平衡不移動，故壓強增大CH3OH的平衡產率增大，根據圖所以壓強關系為：p1>p2>p3；溫度升高，反應I和II平衡逆向移動，反應III向正反應方向移動，所以T1溫度時，三條曲線交與一點的原因為：T1時以反應III為主，反應III前后分子數相等，壓強改變對平衡沒有影響；

(4).根據圖示可知，溫度越低，CO2的平衡轉化率越大，CH3OH的平衡產率越大，壓強越大，CO2的平衡轉化率越大，CH3OH的平衡產率越大，所以選擇低溫和高壓，答案選A。